HJT电池降本之路-发表版（中科院电工所太阳电池技术研究室主任 王文静教授）

HJT 电池的降本之路 王文静 中科院电工所 中国科学院大学组件价格与发电成本的关系 高效率 长寿命 低成本 低 LCOE 增发电量 组件类型 组件效率 组件$/Wp for 10.7¢/kWh 组件$/Wp for 8¢/kWh 组件$/Wp for 6¢/kWh High eff C-Si 19.5% 2.21 1.32 0.67 Nomal C-Si 14% 1.9 1.01 0.36 CdTe 11% 1.6 0.72 0.06 S-Si 6% 0.44 No No Xiaoting Wanga, Lado Kurdgelashvilib, John Byrneb, Allen Barnetta ：The value of module efficiency in lowering the levelized cost of energy of photovoltaic systems ，Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 4248– 4254。5BB 9BB 12BB SMW=0BB 无栅线 全片 半片 拼片 叠瓦 PERC+SE Topcon POLO HJT可产业化的新型结构晶体硅太阳电池 Topcon POLO几种新型晶体硅电池的优劣对比 常 规 铝背场 电池 P 型PERC 单 晶电池 N 型Topcon HIT电池 硅片掺 杂 P 型 P 型 N 型 N 型 硅片晶 型 单晶/ 多晶 单晶/ 多晶 单晶 单晶 工艺步 骤 7 10 13 6 最难工 艺 — — 硼掺杂/ 多晶 硅沉积 镀 非 晶硅钝 化膜 产 线 平均效 率 20.0%/18.8% 22.0~22.5%/19.5% 22.5% 23%~24% 双面发 电 X √ (70%) √ (90%) √ (90%) 成本 最低 次低 次高 最高 衰减 单晶6% 很 小 （光致 增益） 很 小 （光致 增益） 综合评 价 效 率 已达到 瓶颈， 将 陷 于 低价竞 争。渐 渐 推出产 业 目 前 性价比 最高 成 为 行业主 流 无 光 衰、双 面发电 效 率 提升空 间有限 成 本 不易下 降 无 光 衰、双 面发电 效 率 提升潜 力最大 主 要 任务是 降本 2019年产量 30% 70% 1GW 2GW各种电池的工艺步骤 清洗制绒 扩散 去除PSG 和背结 前表面SiNx 丝印与烧结 光再生 测试 清洗制绒 扩散 去除PSG 和背结 前表面SiNx 丝印与烧结 光再生 测试 背表面AlOxSiNx 双面氧化 清洗制绒 前扩散硼 去除PSG 和背结 LPCVD 沉积本征多晶硅 退火 前表面镀AlOxSiNx 背表面镀SiNx 离子注入P LPCVD 背面氧化 双面Ag丝印与烧结 光再生 测试 清洗制绒 双面PECVD 镀a-Si 膜（p/i/n ） 双面PVD 镀TCO 膜 测试 光再生 双面Ag丝印与烧结 BSF 电池 （7 步） PERC 电池（10步） N-TopCon 电池（12~13步） N-HJT 电池 （6 步） 激光制备SE 激光制备SEHJT 电池从原理上具有的技术优势  双面发电  低光衰或无光衰  温度系数降低  弱光效应增强 上彭公司报告，PVSC2017 HIT 电池的发电两方面的增益国内外企业HJT 电池的最高效率 24.04 22.28 23.4 23.03 25.11 23.18 24.7 25.1 26.6 20 21 22 23 24 25 26 27 HJT 电池的最高效率ITO SiOx SiOx N-Si Ag Finger nc-Si(p) nc-Si(n) ITO Ag Finger ITO SiOx SiOx N-Si Ag Finger μ c-Si(p) μ c-Si(n) ITO Ag Finger ITO SiOx SiOx N-Si Ag Finger Poly-Si(p) Poly-Si(n) ITO Ag Finger HJT 电池（nc-Si ） HJT 电池（μc-Si ） POLO 电池（Poly-Si ） HJT 电池与Topcon(POLO) 电池的趋同 The mix of HJT and Topcon各种最高效率的电池的效率 单位 效率(%) Voc(mV) Jsc (mA/cm2) FF(%) 双面率(%) 尺寸(cm 2 ) 技术 年份 晶科 23.95 690 41.66 83.32 — 244.48/p-Cz PERC+ 2018 IMEC 22.8 694.2 40.50 81.1 97.2 n-Cz PERT 2017 UNSW 25 706 42.7 82.8 — p-Cz PERL 1997 SunPower 25.2 737 41.33 82.71 — 153.49/n-Cz IBC 天合 25.04 715.6 42.27 82.81 — 243.18 IBC 2018 Fraunhofer 25.70 724.8 42.5 83.2 — 4/n-FZ Topcon 2017 Fraunhofer 22.90 694.0 40.8 81.0 — 100/n-FZ Topcon 2017 汉能 24.85 746.0 39.4 84.5 244/Cz HJT 2019 晋能 24.04 749.0 39.41 （9.628A,M2 ） 80.79 89.61 244.3/n-Cz HJT 2018 Panasonic 24.7 750 39.5 83.2 — 101.8/n-Cz HIT 2013 ISFH 26.1 726.6 42.62 84.28 — 4/p-FZ BJBC-POLO 2017 Kaneka 26.6 738.0 42.65 84.9 — 79/n-Cz HBC 2017TopCon or POLO 电池的多晶硅厚度的减薄方案 POLO 电池外层使用TCO 层，可 以 减薄多晶硅层，减少自吸收，同时 避免烧穿。但是TCO 温度较低， 不 得不使用低温浆料HJT 电池大规模量产设备——Singulus 的清洗植 绒设备CAT-CVD 的内外部结构应用材料公司的PECVD 设备  AM 公司6.5代线  客户：晋能、国电投、汉盛、 爱康、爱旭、京东方HJT 电池大规模量产设备——理想公司的PECVD 设备 布局冯. 阿登纳公司的PVD 设备HJT 电池的产业成熟度HJT 电池和Topcon 电池的产业规模国内外HJT 企业的产能及所用设备 产能 清洗 PECVD PVD 丝印 日本松下 1GW YAC Ulvac/Cat-CVD 住友/RPD Microtech 长洲产业 50MW YAC MB/PECVD PVD ? REC 600MW ? MB MB 迈为+SMW 台湾新日光 15MW 住友/RPD 泰兴中智 160MW Singulus Ulvac/Cat-CVD 冯阿登纳 Microtech 汉能 120MW YAC 理想能源PECVD 北儒 MB 老线 480MW（在建） 理想能源PECVD 北儒 山西晋能 60MW YAC AM Ulvac 迈为 60MW Singulus 精曜PECVD 精曜RPD 迈为 拟建100MW 福建金石 100MW 捷佳伟创 自制 自制 ？ 福建钜能 500MW ？ 自制 自制 镀铜 中威 200MW 捷佳伟创 理想能源PECVD Ulvac/Cat-CVD 捷佳伟创RPD 冯阿登PECVD 捷佳伟创 通威（合肥） 250MW YAC 迈为 冯阿登纳 迈为 上彭 30MW 国产 周星 ? MB 东方环盛（原国电集团） 50MW( 停产) 周星 周星 周星 周星 国电投 100MW Singulus AM 住友RPD 冯阿登PECVD 镀铜 爱康 200MW YAC AM 捷佳伟创RPD AM 合计 3245MW 630MW( 拟建+ 停产)HJT 电池产线的效率 单位 效率(%) Voc(mV) Jsc (mA/cm2) FF(%) 双面率(%) 尺寸(cm 2 ) 产线平均效率 汉能 25.11 747.0 39.55 84.98 ？ 244.45/Cz 23.5% 上彭 22.28 737.1 37.45 (9.15A, M2) 80.73 95 244.3/Cz 21.5% 泰兴中智 23.00 740.0 39.14 (9.27A, M2) 79.41 92 244.3/Cz 23.0% 上海微系统所 23.18 739.2 38.57 (9.36A, M2) 81.3 87 242.7/Cz —— 晋能 23.03 743.0 38.49 （9.40A,M2） 79.79 244.3/Cz 22.3% Panasonic, （2013） 24.7 750 39.5 83.2 — 101.8/Cz 23% Kaneka （2013） 24.2 738.3 40.02 81.9 — 171.28/Cz —— Kaneka （HBC ） 26.6 738.0 42.65 84.9 — 79 ——HJT 电池的提效之路 目前基础效率：23%  多主栅技术——MBB、0BB （+0.5%）  光注入退火增效（+0.3%~0.5%）  RPD 增效（+0.2%）12BB 9BB5BB 9BB 12BB SMW=0BB 无栅线 全片 半片 拼片 叠瓦 PERC+SE Topcon POLO HJT半片技术提高组件效率 P= 𝑰𝑰 𝟐𝟐 𝑹𝑹 晶科：60片156mm 多晶电池半片组件的功率提升5~10W。 正太：多晶半片组件比同样的整片组件增益2%，而单晶半 片组件增益为2.5% 晶科公司2017年的各种电池额主流功率如下：  半片多晶BSF电池组件（12X10）主流功率档为 280~290W ；  半片单晶BSF组件（12X10）主流功率档为295~305W ；  半片单晶PERC 电池组件（12X10）主流功率档为 320~330W 。  整片多晶PERC 电池的主流功率为285~295W ；  整片单晶PERC 电池组件的主流功率为305~315W ；叠瓦技术提升组件功率密度 这样的小电池片是从 68片156X156mm 2 电池 上切下来。其尺寸为 1623x1048x40mm，相 当于60片156x156mm 2 电池的版型。 156边长的电池片切成5片 34小片串联起来构成一个串HJT 电池成本降低相关因素 HJT成本 设备 Ag浆料 工艺成 本 高效率 N型单 晶硅 ITO 国产化15000万→9000万→5000万/100MW 接近P 型单晶硅 价格高8% 22.5% →23% →23.5% →24.0% →24.5% 350mg/pcs 200mg/pcs 100mg/pcs 各种电池的价格变化PVInfolink 的最新晶硅成本调研 单位：RMB低温银浆成本降低技术路线 HJT电极 浆料 主栅 改变  5 主栅  12主栅  MBB  SWCT 铜包银 浆料 电镀铜 银浆特 性改进  前栅线更细  背栅线更稀降低电极成本招数之一：更好的银浆 改进的银浆料可以使得：  前栅线更细  背栅线更少 可以减少银浆始终~6.5% A. Moldovan, et.al., Next Steps upon Industrial Manufacturing of Silicon Solar Cells with Passivating Contacts, 14th CSPV Xi`an, 8th November 2018 降低电极成本招数之二：银包铜浆料 新型的银包铜浆料可以具有降低HJT 电池 电极成本30% 的潜力。 A. Moldovan, et.al., Next Steps upon Industrial Manufacturing of Silicon Solar Cells with Passivating Contacts, 14th CSPV Xi`an, 8th November 2018 降低电极成本招数之三：镀铜铜电极替代银电极的HJT 电池 清洗制绒 双面PECVD 镀a-Si 膜（p/i/n ） 双面PVD 镀TCO 膜 测试 光再生 烧结 PVD 镀种子层 喷涂感光胶层 曝光显影 电镀铜 去感光胶 PVD 镀焊接层结论  目前晶体硅电池占比一直在90% 以上，在 未来十 年之内 仍将是 主流技 术  晶体硅电池中单晶PERC 电池已经成为主 流技术 ，在2019 年将达 到130GW 以 上。  PERC 电池技术的产线平均效率已经在22%~22.5% 之间， 但是效 率提升 趋势已 经趋缓 。  目前已建成的超过100GW 的晶硅电池生产 线所能 支持的 最大硅 片尺寸 在166mm 边 长的准 单晶，如将硅片尺寸提升到210mm ，则需 要整个 产业链 进行大 量的技 术改造 与升级 。  后PERC 电池时代的晶体硅电池技术主要 在HJT 电池和TopCon 技 术之间 选取。HJT 电池 的 效率较高，但是其成本较高，降本成 为其主 要目标 。  从原理来看，并不太看好TopCon 电池 。  钙钛矿电池的效率提升很快，但是其 稳定性 仍是难 题，未 来5 年之 内很难 产业化 。谢 谢